FR2983397A1 - Dispositif d'assistance au positionnement d'un instrument medical relativement a un organe interne d'un patient et procede de commande d'un tel dispositif - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un dispositif d'assistance au positionnement d'un instrument médical (2) inséré dans une voie naturelle (100) ou une voie artificielle d'un patient relativement à un organe interne (P) d'un patient, le dispositif comportant un support (1) destiné à être inséré au moins en partie dans le corps du patient et qui porte l'instrument médical ; des moyens de déplacement du support, lesdits moyens de déplacement comportant un bras articulé (9) qui comprend une pluralité de degrés de liberté pour déplacer une extrémité proximale (la) du support ; des moyens d'acquisition d'images de l'organe interne pour positionner l'instrument médical relativement à l'organe interne, les moyens d'acquisition d'images comportant une sonde (5) portée par le support de sorte que l'instrument médical et la sonde soient rigidement liés et un organe de commande (10) des moyens de déplacement qui est relié aux moyens d'acquisition d'images et qui comporte des moyens d'analyse des images (11) pour générer des ordres de commande à destination du bras articulé afin de contrôler au moins un déplacement de l'instrument médical relativement à l'organe interne. L'invention concerne également un procédé de commande d'un tel dispositif.

Description

L'invention concerne un dispositif d'assistance au positionnement d'un instrument médical relativement à un organe interne d'un patient. L'invention concerne également un procédé de commande d'un tel dispositif.

De façon plus précise, l'invention concerne un dispositif d'assistance au positionnement d'un instrument médical relativement à un organe interne d'un patient qui comporte un organe de commande de moyens de déplacement dudit instrument médical, l'organe de commande étant relié à des moyens d'acquisition d'images de l'organe interne et comportant des moyens d'analyse d'images pour générer des ordres de commande à destination des moyens de déplacement. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les opérations dites « ouvertes » s'avèrent très 15 lourdes pour un patient. Ainsi, de plus en plus, les praticiens ont recours à des opérations mini-invasives lors desquelles des instruments médicaux sont insérés dans une voie naturelle du patient (vagin, rectum, conduit auditif...) ou dans une voie artificielle rapportée sur le corps du 20 patient (canule, veine artificielle, trocart_). En urologie, afin de dépister un éventuel cancer de la prostate, il est connu de réaliser une biopsie prostatique. Il s'agit de prélever des échantillons de tissus au sein même de la prostate, lesdits échantillons étant ensuite 25 analysés en laboratoire afin de détecter la présence d'éventuelles cellules cancéreuses. A cet effet, le patient est couché sur le flanc. Un instrument médical, comportant une sonde échographique et un porte-aiguille portant une aiguille à biopsie, est alors inséré dans la voie naturelle 30 qu'est le rectum. Grâce à l'instrument médical, le chirurgien perce la paroi du colon pour atteindre la prostate et prélever ainsi des échantillons de tissus. Pour réaliser la biopsie, le chirurgien peut seulement s'aider des images en deux dimensions prises en temps réel 35 par la sonde échographique. Le chirurgien doit ainsi estimer de tête une représentation en trois dimensions de la prostate pour réaliser les prélèvements d'échantillons distribués régulièrement dans le volume de la prostate. Ceci nécessite donc une très grande dextérité de la part du chirurgien. Par ailleurs, la prostate est un organe extrêmement mou de sorte que même le simple contact de l'aiguille, sans que celle-ci soit enfoncée dans la prostate, suffit à déformer ladite prostate. Ainsi, même si le chirurgien pense avoir réalisé correctement les prélèvements, il est possible qu'il n'ait pas piqué exactement là ou il le fallait. Les prélèvements risquent alors de ne pas être réalisés de façon homogène sur la prostate. Récemment, des dispositifs sont apparus afin d'aider 15 le chirurgien à réaliser très précisément les différentes ponctions. En effet, ces nouveaux dispositifs comportent des sondes permettant de fournir des images en trois dimensions de la prostate. Le principe de fonctionnement desdits plannings est de réaliser un planning de positions 20 de ponctions théoriques et d'étudier au cours de la biopsie la déformation de la prostate. Le planning de ponctions théoriques est alors modifié en fonction de l'étude de la déformé de la prostate afin de réaliser les ponctions aux bons endroits. Toutefois, le placement correct des 25 ponctions selon le nouveau planning reste entièrement dépendant de l'habilité du chirurgien. En plus de cela, il se peut que le patient ne soit pas sous anesthésie locale et/ou qu'il ne soit pas immobilisé. Ainsi, lors de l'intervention, le patient peut bouger et 30 avec lui tous les tissus de la voie naturelle ou artificielle avec lesquels l'instrument médical peut entrer en contact. Afin d'aider le chirurgien, il est connu des dispositifs de guidage d'instrument médical comportant un 35 bras articulé pour déplacer une extrémité proximale de l'instrument médical. Le chirurgien peut alors commander le bras articulé pour que celui-ci bloque l'instrument médical dans une position donnée. Toutefois, de tels dispositifs de guidage considèrent des positions de l'instrument médical définies dans un référentiel fixe par rapport à la salle d'examen dans laquelle est placé le patient. Or le patient et/ou sa prostate peuvent bouger ce qui a deux implications majeures. Tout d'abord, la prostate n'est donc pas fixe par 10 rapport au référentiel dans lequel est défini la commande de position du bras articulé. Il se peut donc que la prostate ait changé de position entre le moment où la position désirée de l'instrument médical est donnée au bras articulé et le moment où cette position est atteinte par 15 l'instrument médical. Ainsi, la cible atteinte par l'instrument médical peut être correcte du point de vue du bras articulé dans le référentiel fixe mais erronée du point de vue de la prostate : la ponction n'est pas réalisée dans la zone prévue de la prostate. 20 Ensuite, le point d'entrée de l'instrument médical dans le corps du patient bouge avec le patient. Ainsi, le bras articulé peut s'opposer aux mouvements du patient, ce qui peut incommoder le patient voir endommager une partie de ses tissus. 25 Lors de l'intervention, le point d'entrée de l'instrument médical dans le patient génère sur l'instrument médical des forces « parasites », qui noient l'information tactile utile au chirurgien, à savoir les efforts d'interaction entre l'instrument médical et 30 l'organe ciblé. De ce fait, le chirurgien perçoit mal les efforts appliqués sur la prostate et peut produire des grandes déformations et/ou des grands déplacements de la prostate sans en avoir conscience. OBJET DE L'INVENTION Un but de l'invention est de proposer un dispositif d'assistance au positionnement d'un instrument médical inséré dans une voie naturelle ou une voie artificielle d'un patient relativement à un organe interne qui obvie au moins en partie aux inconvénients précités. BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION En vue de la réalisation de ce but, on propose un dispositif d'assistance au positionnement d'un instrument médical inséré dans une voie naturelle ou une voie artificielle d'un patient relativement à un organe interne d'un patient, le dispositif comportant : - un support destiné à être inséré au moins en partie dans le corps du patient et qui porte l'instrument médical ; - des moyens de déplacement du support, lesdits moyens de 15 déplacement comportant un bras articulé qui comprend une pluralité de degrés de liberté pour déplacer une extrémité proximale du support ; - des moyens d'acquisition d'images de l'organe interne pour positionner l'instrument médical relativement à 20 l'organe interne, les moyens d'acquisition d'images comportant une sonde portée par le support de sorte que l'instrument médical et la sonde soient rigidement liés ; - un organe de commande des moyens de déplacement qui est relié aux moyens d'acquisition d'images et qui comporte des 25 moyens d'analyse des images pour générer des ordres de commande à destination du bras articulé afin de contrôler au moins un déplacement de l'instrument médical relativement à l'organe interne. Ainsi, le support porte à la fois la sonde et 30 l'instrument médical de sorte que le positionnement relatif de la sonde par rapport à l'instrument médical est connu. Les images prises par la sonde sont représentatives d'une position de la sonde vis-à-vis de l'organe interne et donc également directement représentatives de la position de 35 l'instrument médical vis-à-vis de l'organe interne. Dès lors, il est possible d'estimer en temps réel la position de l'instrument médical vis-à-vis de l'organe interne, sans recalage. Le dispositif comporte de plus un bras articulé 5 comportant une pluralité de degrés de liberté pour déplacer l'extrémité proximale du support en générant des efforts en cette extrémité. Du fait de l'insertion de l'instrument médical dans le patient, la position de l'instrument médical est bien définie et peut être modifiée par le bras 10 articulé pouvant agir sur la position de l'extrémité proximale du support et par là de l'instrument médical. Le bras articulé n'est pas le seul à agir sur la position de l'instrument médical: un chirurgien manipule également le support et donc l'instrument médical. Ainsi, 15 c'est la combinaison des efforts exercées sur le support par le chirurgien d'une part et par le bras articulé d'autre part qui va déterminer les mouvements et la position de l'instrument médical. Ainsi le support est manipulé à la fois par le 20 chirurgien et par le bras articulé, ce qui permet d'agir sur la position de l'instrument médical et sur le ressenti tactile du chirurgien. En effet, la génération d'efforts par le bras articulé n'a pas pour but de manipuler seul l'instrument médical, 25 mais de modifier le ressenti du chirurgien et donc ses gestes, notamment par exemple en lui permettant de ressentir des efforts représentatifs de l'interaction entre l'instrument médical et l'organe ou en modifiant son geste de façon à positionner l'instrument médical dans la 30 position cible. Le dispositif de l'invention est particulièrement intéressant pour approcher un instrument médical d'un élément mou comme la prostate dont les déformations sont extrêmement fréquentes. En effet, grâce aux images de la 35 sonde, il devient possible de prendre en compte la déformation de la prostate pour en positionner correctement l'instrument médical vis-à-vis de la prostate malgré la déformation de cette dernière. Il est donc possible de réaliser une biopsie à un endroit très précis.

L'invention est également relative à un procédé de commande d'un tel dispositif qui comporte les étapes de: - acquérir au moins une image de l'organe interne par les moyens d'acquisition; - analyser ladite image par les moyens d'analyse d'images; - générer un ordre de commande à destination du bras articulé en fonction de l'analyse de cette image. BREVE DESCRIPTION DES DESSINS L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier non limitatif de l'invention en référence à la figure unique qui est une vue schématique d'un dispositif d'assistance de l'invention, une partie du corps d'un patient étant représentée.

DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION Le dispositif d'assistance au positionnement d'un instrument médical relativement à un organe interne d'un patient selon l'invention est ici destiné à approcher un instrument médical à proximité d'une prostate. Cette application n'est bien sûr pas limitative et on pourra approcher, grâce au dispositif de l'invention, un instrument médical à proximité de n'importe quel organe interne, par exemple une vessie. En référence à la figure 1, le dispositif comporte un 30 support 1 comportant un porte-aiguille 3 qui reçoit une aiguille 2 pour la réalisation d'une biopsie sur une prostate P d'un patient. Le support 1 comporte en outre des moyens d'actionnement 4 du porte-aiguille 3 pour insérer et retirer l'aiguille 2 de la prostate P selon un axe de 35 travail X déterminé.

Le support 1 est destiné à être introduit, au moins en partie, dans le corps du patient pour que l'aiguille 2 soit approchée de la prostate P. A cet effet, le dispositif comporte des moyens de déplacement du support 1. Lesdits moyens comportent un bras articulé 9 qui comprend une pluralité de degrés de liberté pour déplacer une extrémité proximale la du support. Par extrémité proximale, on entend l'extrémité opposée à celle introduite dans le corps du patient.

Le dispositif comporte également des moyens d'acquisition d'images de la prostate P pour positionner l'aiguille 2 relativement à la prostate P. Les moyens d'acquisition d'images comportent une sonde échographique 5 par exemple une sonde échographique ultrasonore. La sonde 5 est, selon l'invention, portée par le support 1 de sorte que la sonde 5 et le porte-aiguille 3 et l'aiguille 2 soient rigidement liés et introduits ensembles dans le rectum 100. Ici, le support 1 est introduit par la voie naturelle 20 qu'est le rectum 100 en passant par l'anus jusqu'à faire venir la sonde 5 au contact de la paroi rectale en regard de la prostate P, et l'aiguille 2 est insérée lors de la biopsie dans la prostate P à travers ladite paroi rectale. Ainsi, des images prises par la sonde 5 sont 25 représentatives de la position de support 1 vis-à-vis de la prostate P. Comme la sonde 5 est à une distance déterminée de l'aiguille 2, dont le porte-aiguille 3 est également rigidement lié au support 1, ces images sont aussi représentatives d'une position de l'aiguille 2 vis-à-vis de 30 la prostate P. Il est donc possible de déterminer en temps réel, la position de l'aiguille 2 vis-à-vis de la prostate P ce qui facilite grandement le travail d'un praticien. Il convient de noter que la paroi rectale est très fine de sorte qu'elle ne gêne pas l'acquisition d'images de la 35 prostate P par la sonde 5.

Le dispositif de l'invention comporte en outre un organe de commande 10 des moyens de déplacement, et notamment du bras articulé 9, qui est relié aux moyens d'acquisition d'images, et notamment de la sonde 5.

L'organe de commande 10 comporte des moyens d'analyse 11 desdites images pour générer des ordres de commande à destination du bras articulé 9 afin de contrôler au moins un déplacement de l'aiguille 2 relativement à la prostate P.

L'organe de commande 10 positionne donc l'aiguille 2 relativement à la prostate P par l'intermédiaire du bras articulé 9 grâce aux images de la sonde 5. En outre, puisqu'aucun recalage n'est nécessaire, l'organe de commande 10 peut ajuster en temps réel les ordres de commande pour positionner correctement l'aiguille 2 vis-à-vis de la prostate P lorsque cette dernière s'est déformée ou s'est déplacée. Ainsi, lorsque le support 1 et les moyens de déplacement sont bloqués et que l'aiguille 2 repose contre la prostate P, les moyens d'analyse 11 peuvent déduire des images de la prostate P si la prostate P a bougé relativement à la sonde 5. Si tel est le cas, il est dès lors nécessaire de réajuster la position de l'aiguille 2 vis-à-vis de la prostate P. L'organe de commande 10 assure ainsi en permanence un placement précis de l'aiguille 2 vis-à-vis de la prostate P. Les inventeurs se sont aperçus que certains praticiens avaient tendance à trop presser le support 1 contre la prostate P. En effet à cause d'un manque de contact visuel 30 et de la grande déformabilité de la prostate, les praticiens estiment parfois ne pas encore avoir prostate P alors qu'ils la comprimaient déjà. Pour pallier à cet inconvénient, et selon réalisation privilégié, les moyens d'analyse 11 35 des moyens d'estimation 12 d'une distance entre atteint la un mode de comportent la sonde 5 et la paroi rectale qu'il convient de percer pour atteindre la prostate P. Lesdits moyens d'estimation 12 estiment cette distance en temps réel par analyse des images de la sonde 5. L'organe de commande 10 génère alors des ordres de commande pour opposer une résistance au déplacement du support 1 en fonction de ladite distance de façon que le support 1 soit de plus en plus freiné au fur et à mesure que l'aiguille 2 s'approche de la prostate P. Le praticien manipulant le dispositif de l'invention 10 conjointement au bras articulé 9 ressent une résistance de plus en plus importante de la part du bras articulé 9 et peut ainsi estimer plus facilement à quel distance il se trouve de la prostate P. Un retour d'effort est donc artificiellement réalisé. De façon avantageuse, le retour 15 d'effort est réalisé sans capteur d'effort. De préférence, les moyens d'analyse comportent des moyens d'estimation 13 d'une déformée de la prostate P lorsque la sonde 5 est déjà en contact avec la prostate au travers de la paroi rectale. Les moyens d'estimation d'une 20 déformée 13 estiment cette déformée en temps réel par analyse des images de la sonde 5. Par exemple, les moyens d'estimation 13 d'une déformée comportent des moyens d'estimation 15 d'une distance d'écrasement de la prostate P par la sonde 5. L'organe de commande 10 génère alors des 25 ordres de commande pour opposer une résistance au déplacement du bras articulé 9 en fonction de ladite déformée de façon que le bras articulé 9 soit de plus en plus freiné au fur et à mesure que l'aiguille 2 s'enfonce dans la prostate P et donc déforme la prostate. On crée 30 ainsi une raideur artificielle aidant le praticien dans le maintien de ses gestes. Selon un mode de réalisation privilégié, l'organe de commande 10 comporte des moyens de sélection 14 d'un mode de manipulation du bras articulé 9. Selon un premier mode 35 de manipulation du bras articulé 9, le bras articulé 9 réalise seul le déplacement du support 1. Selon un deuxième mode de manipulation du bras articulé 9, le praticien déplace également le support 1 conjointement au bras articulé 9, par exemple au niveau de l'extrémité proximale la du support 1. A cet effet, l'extrémité proximale la est de préférence conformée en une poignée. Le bras articulé 9 est alors co-manipulable. Selon un troisième mode de manipulation du bras articulé 9, le praticien ne peut déplacer le support 1 que pour certains degrés de liberté.

Le bras articulé 9 est alors partiellement co-manipulable. Le praticien peut ainsi choisir jusqu'à quel point il souhaite être assisté par le bras articulé 9. Le dispositif de l'invention s'adapte ainsi aux besoins du praticien en étant possiblement co-manipulable.

Le dispositif selon l'invention permet d'aider le praticien à positionner avec précision l'aiguille 2 vis-à-vis de la prostate P et également d'améliorer une sensation tactile du praticien. Le bras articulé 9 n'est donc pas le seul à agir sur la position de l'aiguille 2 : le praticien manipule également le support 1 et donc indirectement l'aiguille 2. Ainsi, c'est la combinaison des efforts exercées sur le support par le praticien d'une part et par le bras articulé 9 d'autre part qui va déterminer les mouvements et la position de l'aiguille. Ainsi le support 1 est manipulé à la fois par le praticien et par le bras articulé 9, ce qui permet d'agir sur la position de l'aiguille et sur le ressenti tactile du praticien.

En effet, la génération d'efforts par le bras articulé 9 n'a pas pour but de manipuler seul l'aiguille, mais de modifier le ressenti du praticien et donc ses gestes, notamment par exemple en lui permettant de ressentir des efforts représentatifs de l'interaction entre l'aiguille 2 et la prostate P ou en modifiant son geste de façon à positionner l'aiguille dans la position cible. Selon un mode de réalisation privilégié, les moyens de déplacement sont liés à l'extrémité proximale la du support 5 1 par une liaison de type à rotule R. Il se peut que le patient ne soit pas sous anesthésie locale et/ou qu'il ne soit pas immobilisé. Ainsi, l'anus dans lequel est introduit l'aiguille 2 n'est pas nécessairement fixe. De façon avantageuse, la liaison 10 rotule R évite que les moyens de déplacement ne s'opposent à des mouvements naturels du patient. Le dispositif de l'invention respecte donc l'anatomie du patient. Le dispositif de l'invention comporte un écran de visualisation 7 des images prises par la sonde 5. L'écran 15 de visualisation est relié à l'organe de commande 10. Ainsi, un praticien peut avoir un retour visuel et estimer la distance de l'aiguille 2 relativement à la prostate P. De préférence, le dispositif de l'invention comporte des moyens de blocage du support 1. Ainsi, une fois que 20 l'aiguille 2 est correctement positionnée vis-à-vis de la prostate P, le praticien peut bloquer un déplacement du support 1 et du bras articulé 9 avant d'insérer l'aiguille 2 dans la prostate P. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de 25 réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications. Le dispositif pourra approcher un tout autre instrument médical près d'un organe interne qu'un porte- 30 aiguille portant une aiguille. De plus, le dispositif pourra approcher un instrument médical de tout autre organe qu'une prostate. En particulier, le dispositif n'est pas exclusivement destiné à un appareil génital masculin. En outre, bien qu'ici on atteigne l'organe voulu en 35 introduisant le support par une voie naturelle qu'est le rectum, on pourra atteindre l'organe voulu en introduisant le support dans le corps du patient par une voie artificielle comme un trocart. La sonde pourra être d'un autre type qu'échographique, 5 par exemple un dispositif optique ou infrarouge. Les moyens de déplacement pourront être reliés à l'extrémité proximale du support par une autre liaison qu'une liaison rotule comme par exemple une liaison de type à cardan.

10 L'organe de commande pourra comporter des moyens de sélection d'un mode de manipulation des moyens de déplacement quels qu'ils soient. En particulier l'organe de commande pourra comporter des moyens de sélection d'un mode de manipulation des moyens de déplacement dans lequel les 15 moyens de déplacement sont co-manipulables. L'organe de commande pourra comporter des moyens de sélection d'un mode de manipulation des moyens de déplacement dans lequel les moyens de déplacement sont partiellement co-manipulable. Le bras articulé pourra être conformé pour permettre 20 de déplacer l'extrémité proximale du support selon un nombre quelconque de degrés de liberté à condition qu'il puisse au moins permettre un déplacement de l'extrémité proximale du support à l'intérieur du corps du patient.

Claims (7)

1. REVENDICATIONS1. Dispositif d'assistance au positionnement d'un instrument médical (2) inséré dans une voie naturelle (100) ou une voie artificielle d'un patient relativement à un 5 organe interne (P) d'un patient, le dispositif comportant : - un support (1) destiné à être inséré au moins en partie dans le corps du patient et qui porte l'instrument médical ; - des moyens de déplacement du support, lesdits moyens de 10 déplacement comportant un bras articulé (9) qui comprend une pluralité de degrés de liberté pour déplacer une extrémité proximale (la) du support ; - des moyens d'acquisition d'images de l'organe interne pour positionner l'instrument médical relativement à 15 l'organe interne, les moyens d'acquisition d'images comportant une sonde (5) portée par le support de sorte que l'instrument médical et la sonde soient rigidement liés ; - un organe de commande (10) des moyens de déplacement qui est relié aux moyens d'acquisition d'images et qui comporte 20 des moyens d'analyse des images (11) pour générer des ordres de commande à destination du bras articulé afin de contrôler au moins un déplacement de l'instrument médical relativement à l'organe interne.
2. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel 25 les moyens d'analyse comportent des moyens d'estimation d'une distance (12) entre la sonde (5) et l'organe interne pour freiner un déplacement du bras articulé (9) en fonction de ladite distance.
3. 3. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel 30 les moyens d'analyse comportent des moyens d'estimation d'une déformée (13) de l'organe interne pour freiner un déplacement du bras articulé (9) en fonction de ladite déformée.
4. 4. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel 35 le bras articulé (9) est lié à l'extrémité proximale (la)du support (3) par une liaison de type à cardan ou à rotule.
5. 5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel la sonde (5) est une sonde échographique.
6. 6. Dispositif selon la revendication 1, comportant un écran de visualisation (7) des images prises par la sonde (5).
7. 7. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'instrument médical est une aiguille (2).